(57)【要約】【課題】  透明基板厚みや像側開口数の異なる複数世代に対して良好に収差補正され、かつ作動距離が確保された対物レンズを提供する。【解決手段】  屈折レンズ８ａの光源側の表面に樹脂層８ｂが接合され、さらにその表面にはブレーズ形状の回折面が形成されている。ブレーズ形状あるいはキノフォームと呼ばれる回折格子形状は、回折格子の形状としては最も回折効率が高く有利であり、ある波長に対して最適化されると、その波長での回折効率はスカラー回折理論によれば１００％になり、またこれを階段近似した形状であっても９０％以上の回折効率を期待できる。符号ｄはブレーズ形状の格子溝深さであって回折面における回折効率に作用する。【選択図】      図３
2006244656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数光源からの入射光束を情報記録媒体の記録面にそれぞれ集光する対物レンズであって、少なくとも片面に樹脂層を接合したガラス材からなる屈折レンズと、前記樹脂層あるいは前記屈折レンズの少なくとも１つの表面に形成した回折面とを備えたことを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記複数光源からの入射光束はλ１＜λ２＜λ３の関係を有する波長により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記屈折レンズを、少なくとも片面が球面レンズの面形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記回折面における回折格子形状を、ブレーズ形状としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記回折面において、前記波長λ１、λ２、λ３の複数光源からの各入射光束に対して発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数をｍ１、ｍ２、ｍ３としたとき、次の条件
2006244656.tif 000006
を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の対物レンズ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の対物レンズと、情報記録媒体の記録面からの反射光を受光する光検出器と、を備え、波長が異なる複数の光源からの光束を、前記対物レンズにより前記情報記録媒体の記録面に集光して、前記記録面からの反射光を前記光検出器により受光することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】
情報記録媒体に対して情報の記録、再生、及び消去のうち少なくともいずれか１以上の処理を行う光ディスク装置において、請求項６記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置の信号を処理する処理手段と、を備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズ、光ピックアップ装置及び光ディスク装置に係り、詳しくは、光源からの入射光束を情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズ、情報記録媒体の記録面に光を照射して記録面からの反射光を受光する光ピックアップ装置、及びこの光ピックアップ装置を備えた光ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報記録媒体（以下、光ディスクという）としてＣＤやＤＶＤ等の光ディスクが広く普及しており、これらの光ディスクに記録再生処理（アクセス）するための光ディスク装置の開発が行われている。また、最近ではＢｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃやＨＤ−ＤＶＤ等のさらに大容量の光ディスク、及びその光ディスクにアクセスするための光ディスク装置の開発も進められている。これらの光ディスク装置では、光ディスクの記録面にレーザ光の微小スポットの光束を形成することにより情報の記録を行い、記録面からの反射光に基づいて情報の再生などを行っている。そして、光ディスク装置には、記録面にレーザ光を照射するとともに、記録面からの反射光を受光するための装置として光ピックアップ装置が設けられている。
一般的に光ピックアップ装置は対物レンズを含み、光源から出射される光束を記録面に導くとともに、記録面で反射された戻り光束を所定の受光位置まで導く光学系、及び受光位置に配置された光検出器などを備えている。この光検出器からは、記録面に記録されているデータの再生情報だけでなく、光ピックアップ装置自体と対物レンズの位置制御に必要な情報（サーボ情報）などを含む信号が出力される。そして、光ディスク装置は、光検出器からの出力信号に基づいて、記録面の所定位置に所定形状の光スポットが形成されるように各種サーボ制御を行っている。
【０００３】
前述したように情報記録媒体には、ＣＤやＤＶＤ、さらに大容量のＢｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃやＨＤ−ＤＶＤ等、光源波長や透明基板厚さ、対物レンズのＮＡ（開口数）等の規格が異なる数種類の光ディスクが存在している。これらの光ディスクを同一の光ディスク装置で取扱える事が望ましいが、それぞれの光ディスクに対応した光ピックアップ装置を複数搭載する事は、小型化、低コスト化の観点から好ましくない。
そこで、図１２に示すように青色（Ｂｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃやＨＤ−ＤＶＤ等）用光源１００、ＤＶＤ用光源２００、ＣＤ用光源３００の各光源と、各光源からの出射光束を所定の光ディスク９に集光させるための１つの対物レンズ８を備えた構成が望ましい。すなわち、１つの対物レンズで、青色、ＤＶＤ、あるいはＣＤの異なる規格の光ディスクに対してほぼ回折限界に収差補正する必要がある。
ところが、ＨＤ−ＤＶＤのように、ＤＶＤと光ディスクの透明基板厚さや対物レンズのＮＡが同じである規格と比較して、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃのように、ＤＶＤと光ディスクの透明基板厚さも対物レンズのＮＡも異なるような規格は、異なる規格間で発生する、より大きな球面収差を補正する必要がある。
なお、特許文献１には、透明基板厚みの異なる複数の光ディスクの信号記録面に、対応するレーザ光源からの光ビームをそれぞれ集光して記録再生を行う光ピックアップ装置に用いられる、輪帯状の回折構造を有した単玉対物レンズが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２３６２５３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光ディスク、特にＤＶＤやＣＤと対物レンズの衝突を防ぎ得る対物レンズの作動距離（ＷＤ）を確保するには、対物レンズの厚みを薄くする必要がある一方、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃのように対物レンズに高いＮＡが要求されるため、対物レンズの材料としては高い屈折率が必要となる。しかしながら、前記特許文献１においては、対物レンズの材料は光学プラスチックであって、高い屈折率を実現するのは現状困難である。
従って、対物レンズの厚みは厚くせざるをえず、ＤＶＤに対する作動距離は０．２ｍｍ程度しかない。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、透明基板厚みや像側開口数の異なる複数世代に対して良好に収差補正され、かつ作動距離が確保された対物レンズと、これを用いた規格の異なる複数の情報記録媒体の記録面に対して良好な集光スポットを形成できる小型の光ピックアップ装置、及び規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを安定して行う事ができる光ディスク装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、複数光源からの入射光束を情報記録媒体の記録面にそれぞれ集光する対物レンズであって、少なくとも片面に樹脂層を接合したガラス材からなる屈折レンズと、前記樹脂層あるいは前記屈折レンズの少なくとも１つの表面に形成した回折面とを備えたことを特徴とする。
また請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の対物レンズにおいて、前記複数光源からの入射光束はλ１＜λ２＜λ３の関係を有する波長により構成されていることを特徴とする。
請求項１、２のように構成すれば、屈折レンズに高い屈折率のガラス硝材を用いることができるので、作動距離の確保と高ＮＡの実現を両立できる一方、回折面や屈折レンズと樹脂層の接合面を備えているので、対物レンズ設計の自由度が高く、複数世代に対して良好に収差補正された対物レンズを得ることができる。また、対物レンズがほぼガラスで構成されるため、温度変化等の環境変化に対して屈折率の変化や膨張等による収差劣化を抑えられる。
また請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載の対物レンズにおいて、前記屈折レンズを、少なくとも片面が球面レンズの面形状としたことを特徴とする。このように構成すれば、製作が容易となり、低コスト化が実現できる。
また請求項４に記載した発明は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、前記回折面における回折格子形状をブレーズ形状としたことを特徴とする。このように構成すれば、回折面における回折効率を高くでき、複数光源に対して高い回折効率を確保することができる。
【０００６】
また請求項５に記載した発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の対物レンズにおいて、前記回折面において、前記波長λ１、λ２、λ３の複数光源からの各入射光束に対して発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数をｍ１、ｍ２、ｍ３としたとき、次の条件
2006244656.tif 000003
を満たすことを特徴とする。このように構成すれば、青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代に対して良好に収差補正された光利用効率の高い対物レンズを得ることができる。
また請求項６に記載した発明において、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の対物レンズと、情報記録媒体の記録面からの反射光を受光する光検出器と、を備え、波長が異なる複数の光源からの光束を、前記対物レンズにより前記情報記録媒体の記録面に集光して、前記記録面からの反射光を前記光検出器により受光する光ピックアップ装置であることを特徴とする。このように構成すれば、規格の異なる複数の情報記録媒体の記録面に対して良好な集光スポットを形成できる小型の光ピックアップ装置を得ることができる。
また請求項７に記載した発明において、情報記録媒体に対して情報の記録、再生、及び消去のうち少なくともいずれか１以上の処理を行う光ディスク装置において、請求項６記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置の信号を処理する処理手段と、を備えたことを特徴とする。このように構成すれば規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを安定して行う光ディスク装置を得ることができる。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、本発明に係る対物レンズによれば、透明基板厚みや像側開口数の異なる複数世代に対して十分に収差補正できると同時に作動距離が確保でき、またこれを用いる光ピックアップ装置及び光ディスク装置によれば、規格の異なる複数の情報記録媒体の記録面に対して良好な集光スポットを形成できる小型の光ピックアップ装置を構成でき、さらに規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを安定して行う光ディスク装置を得る事ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態における光ピックアップ装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、青色光学系として、青色波長帯域の半導体レーザ１、カップリングレンズ２、偏光ビームスプリッタ３、ダイクロイックプリズム２３、３３、偏向プリズム４、１／４波長板５、開口部６、開口制限手段７、対物レンズ８、検出レンズ１０、光束分割手段１１、光検出器１２より構成される。
またＤＶＤ光学系として、ホログラムユニット２１、カップリングレンズ２２、ダイクロイックプリズム２３、３３、偏向プリズム４、１／４波長板５、開口部６、開口制限手段７、対物レンズ８から構成される。
また、ＣＤ光学系として、ホログラムユニット３１、カップリングレンズ３２、ダイクロイックプリズム３３、偏向プリズム４、１／４波長板５、開口部６、開口制限手段７、対物レンズ８から構成される。
以上のように、本実施形態の光ピックアップ装置は、青色光学系、ＤＶＤ光学系、ＣＤ光学系から構成されている。各光学系のうち、ダイクロイックプリズム２３、３３、偏向プリズム４、１／４波長板５、開口部６、開口制限手段７、対物レンズ８は複数の光学系の共通部品である。
また、光ディスク９ａ、９ｂ、９ｃはそれぞれ光源波長が異なる光ディスクで、光ディスク９ａは透明基板厚さが０．１ｍｍの青色系光ディスク、光ディスク９ｂは透明基板厚さが０．６ｍｍのＤＶＤ系光ディスク、光ディスク９ｃは透明基板厚さが１．２ｍｍのＣＤ系光ディスクである。
なお、開口部６は、対物レンズ８をフォーカス方向、トラック方向に可動させるアクチュエータ上の対物レンズ８を保持するボビン上で規制することが可能であり、具体的な光学部品を用いる必要はない。
【０００９】
以下、図１を参照して青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光学系の動作について説明する。
まず、青色光学系の動作について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射した直線偏光の発散光は、カップリングレンズ２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ３、ダイクロイックプリズム２３、３３を透過し、偏向プリズム４で光路を９０度偏向され、１／４波長板５を通過し円偏光とされ、開口部６においてＮＡ０．８５に制限され、開口制限手段７を通過し、対物レンズ８に入射し、光ディスク９ａの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録、再生あるいは消去が行われる。さらに、光ディスク９ａから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、対物レンズ８で再び略平行光とされ、１／４波長板５を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ３で反射されて、検出レンズ１０で収束光とされ、光束分割手段１１により複数の光路に偏向分割され光検出器１２に至る。光検出器１２からは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００１０】
次に、ＤＶＤ光学系の動作について説明する。
図１において、ホログラムユニット２１は、半導体レーザ２１ａ、ホログラム２１ｂ及び光検出器２１ｃを一体化して構成されたユニットである。このホログラムユニット２１内に実装された波長６６０ｎｍの半導体レーザ２１ａのチップから出射した直線偏光の発散光は、ホログラム２１ｂを透過し、カップリングレンズ２２で略平行光あるいは所定の発散光とされ、ダイクロイックプリズム２３によって偏向プリズム４の方向に反射され、偏向プリズム４で光路を９０度偏向され、１／４波長板５を通過し円偏光とされ、開口部６を通過し、開口制限手段７においてＮＡ０．６５に制限され、対物レンズ８に入射し、光ディスク９ｂの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録、再生あるいは消去が行われる。光ディスク９ｂから反射した光は、偏光プリズム４で偏向され、ダイクロイックプリズム２３で反射され、カップリングレンズ２２で収束光とされ、ホログラム２１ｂにより複数の光路に分割・回折されてホログラムユニット２１内の光検出器２１ｃに至る。光検出器２１ｃからは、情報信号、サーボ信号が検出される。
次に、ＣＤ光学系の動作について説明する。
図１において、ホログラムユニット３１は、半導体レーザ３１ａ、ホログラム３１ｂ及び光検出器３１ｃを一体化して構成されたユニットである。このホログラムユニット３１内に実装された波長７８５ｎｍの半導体レーザ３１ａのチップから出射した直線偏光の発散光は、ホログラム３１ｂを透過し、カップリングレンズ３２で所定の発散光とされ、ダイクロイックプリズム３３によって偏向プリズム４の方向に反射され、偏向プリズム４で光路を９０度偏向され、１／４波長板５を通過し楕円偏光あるいは円偏光とされ、開口部６を通過し、開口制限手段７においてＮＡ０．５０に制限され、対物レンズ８に入射し、光ディスク９ｃの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録、再生あるいは消去が行われる。さらに、光ディスク９ｃから反射した光は、偏光プリズム４で偏向され、ダイクロイックプリズム３３で反射され、カップリングレンズ３２で収束光とされ、ホログラム３１ｂにより複数の光路に分割・回折されてホログラムユニット３１内の光検出器３１ｃに至る。光検出器３１ｃからは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００１１】
ここで、図１に示す開口制限手段７について、図２を用いて詳細に説明する。
青色光学系、ＤＶＤ光学系、ＣＤ光学系で、光学系の倍率や制限されるＮＡが異なるため、必ずしも対物レンズ８に入射する入射瞳径φ１、φ２、φ３は等しくならない。
そこで、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すような開口制限手段７が必要である。
開口制限手段７は一例として第１及び第２波長選択性膜１３ａ、１３ｂを有しているような構成がある。即ち、第１波長選択成膜１３ａは青色、ＤＶＤの光源波長帯域の光束は透過し、ＣＤの光源波長帯域の光束は反射するような膜となっていて、ＣＤのＮＡを制限する。
また第２波長選択性膜１３ｂは青色の光源波長帯域の光束は透過し、ＤＶＤ、ＣＤの光源波長帯域の光束は反射するような膜となっていてＤＶＤのＮＡを制限する。
また開口制限手段７は対物レンズ８に入射する入射瞳径を制限するため、対物レンズ８と一体となって可動する事が望ましく、図１に示すように対物レンズ８を可動させるアクチュエータに搭載させることが望ましい。
また、アクチュエータにおける可動部の軽量化、組付け工数の低減を考慮すると、上述した第１及び第２波長選択性膜１３ａ、１３ｂを対物レンズ８のレンズ面に構成することがより好ましい。なお、開口制限手段７の他の構成としては、波長選択性の回折格子として、波長選択的に反射するのではなく、回折するような構成でも良い。
【００１２】
次に、以上述べたような光ピックアップ装置の光学系において複数の光学系に対して共通部品となっている本発明に係る対物レンズについて詳細に説明する。
図３は対物レンズの概略を示す図である。
この図３に示すように、屈折レンズ８ａの光源側の表面に樹脂層８ｂが接合され、さらにその表面にはブレーズ形状の回折面が形成されている。
ブレーズ形状あるいはキノフォームと呼ばれる回折格子形状は、回折格子の形状としては最も回折効率が高く有利である。ある波長に対して最適化されると、その波長での回折効率はスカラー回折理論によれば１００％になり、またこれを階段近似した形状であっても９０％以上の回折効率を期待できる。図３に示す符号ｄはブレーズ形状の格子溝深さであって、回折面における回折効率に作用する。対物レンズ８は高い透過率が求められるため、回折面における回折効率が高い方が望ましい。
図４はスカラー回折理論による解析効率計算結果を示した図である。
なお、この図４は対物レンズ８の樹脂層８ｂの材料にｄ線の屈折率ｎｄ１．５１１、アッベ数νｄ３９．６の硝材（５１１．３９６）を用いた場合の格子溝深さｄに対する青色（波長４０５ｎｍ）、ＤＶＤ（波長６６０ｎｍ）、ＣＤ（波長７８５ｎｍ）に対する回折効率をスカラー回折理論を用いて求めた結果を示した図である。
格子溝深さｄを様々な深さにする事によって、各波長に対して、１次光や２次光が発生し、各回折光に対する回折効率が変動しており、その周期は各波長で互いに異なっている。従って図４に示す結果によれば、波長４０５ｎｍに対しては２次光、波長６６０ｎｍに対しては１次光、波長７８５ｎｍに対しては１次光が発生するような格子溝深さにする事により、３波長に対して高い回折効率を確保できることがわかる。具体的には図４に示すように、格子溝深さｄは１．３〜１．４μｍ程度が望ましい。
また、屈折レンズ８ａの材料がガラスであるので、材料が樹脂であった場合と比較して、屈折率の高い硝材を選択でき、温度変化等の環境変化に対して屈折率の変化や膨張等による収差劣化を抑える事ができる。
さらに、その面形状としては球面レンズとすると製作が容易である。樹脂層８ｂに用いられる材料としては、光硬化性樹脂であっても熱硬化性樹脂であっても良く、金型に樹脂層表面に形成したい回折格子形状を作り込んで成形することにより回折面を得る事ができる。
【００１３】
以下に本実施形態の光ピックアップ装置に用いる対物レンズの具体的な例を挙げ説明する。
本実施形態の対物レンズズは、光源波長４０５ｎｍ、透明基板厚さ０．１ｍｍ、ＮＡ０．８５の青色系光ディスクと、光源波長６６０ｎｍ、透明基板厚さ０．６ｍｍ、ＮＡ０．６５のＤＶＤ系光ディスクと、光源波長７８５ｎｍ、透明基板厚さ１．２ｍｍ、ＮＡ０．５０のＣＤ系光ディスクの３種類の規格の光ディスクについて記録、再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物レンズである。以下に対物レンズの実施例１〜４について詳細に説明する。
図６は実施例１の対物レンズのレンズデータと３世代軸上波面収差特性図である。
実施例１の対物レンズのレンズデータは図６（ａ）に示す通りである。
まず、光源波長４０５ｎｍの青色系光ディスクに対して使用した場合について説明する。
図５は対物レンズの概略図である。
この図５に示す対物レンズにおける屈折レンズ８ａの材料にはＨＯＹＡ製のＭ−ＮｂＦＤ１３、屈折レンズ８ａに接合する樹脂層８ｂ、８ｂ’の材料には、ｄ線の屈折率ｎｄ１．５１１、アッベ数νｄ３９．６の硝材（５１１．３９６）を用いている。また、レンズ面の非球面形状は、光軸方向の軸Ｘ、光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ）Ｙ、近軸曲率半径Ｒ、円錐係数Ｋ、非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・・を用いて、次の（数１）で表される。
2006244656.tif 000004
・・・（数１）
また、回折面による光路差の付加量は、光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ）Ｙ、回折面係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５・・・を用いて次式の光路差関数Φは（数２）で表される。
2006244656.tif 000005
・・・（数２）
なお、これに用いる回折次数がｍ次であった場合は、ｍ倍する必要がある。
【００１４】
さらに図６（ａ）中の記号について説明する。
ＯＢＪは物点（光源位置）を意味するが、青色光学系に対しては無限系であり、曲率半径ＲＤＹ及び厚さＴＨＩをＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）としている。
またＳＴＯは入射瞳面であり、その曲率半径はＩＮＦＩＮＩＴＹ、厚さＴＨＩを設計上０としている。Ｓ２は対物レンズの光源側の面、Ｓ５は対物レンズの光ディスク側の面である。詳細には、対物レンズは図５に示すように、Ｓ２〜Ｓ５の４面から構成され、光源側の面からそれぞれ、樹脂層８ｂ表面に形成される回折面（Ｓ２）、樹脂層８ｂと屈折レンズ８ａの接合面（Ｓ３）、屈折レンズ８ａと樹脂層８ｂ’の接合面（Ｓ４）、樹脂層８ｂ’表面（Ｓ５）である。
対物レンズの総厚みは１．８２ｍｍであり、Ｓ５の厚さＴＨＩ：１．１３９６５ｍｍは対物レンズから青色系光ディスク表面までの光軸上の距離を表す。Ｓ６は光ディスクの光束入射面、ＩＭＧは光ディスクの記録面であり、これらの面間隔、すなわち透明基板厚さは０．１ｍｍである。ＥＰＤは入射瞳径を表し、４．１４ｍｍである。なお、回折面における回折光としては２次光を用いている。
【００１５】
次に、前述の対物レンズを光源波長６６０ｎｍのＤＶＤ系光ディスクに対して使用した場合について図６（ａ）を用いて説明する。
ＤＶＤ光学系に対しても無限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離をＩＮＦＩＮＩＴＹとしている。対物レンズからＤＶＤ系光ディスク表面までの光軸上の距離は０．９７３３６ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
また、前述の対物レンズを光源波長７８５ｎｍのＣＤ系光ディスクに対して使用した場合について図６（ａ）を用いて説明する。
ＣＤ光学系に対しては有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離は約２３ｍｍである。対物レンズからＣＤ系光ディスク表面までの光軸上の距離は０．８７１６２３ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
図６（ｂ）は実施例１の対物レンズを用いたときの青色系光ディスク、ＤＶＤ系光ディスク、ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図である。
各光ディスクに対して波面収差は０．０１λｒｍｓ以下となっており、良好な収差特性を有している。また、対物レンズから青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光ディスク表面までの光軸上の距離も十分に確保できている。
【００１６】
図７は実施例２の対物レンズのレンズデータと３世代軸上波面収差特性図である。
実施例２の対物レンズのレンズデータは図７（ａ）に示す通りである。
まず、光源波長４０５ｎｍの青色系光ディスクに対して使用した場合について説明する。対物レンズの概略図は実施例１同様、図５のようになっている。
図５に示す対物レンズにおける屈折レンズ８ａの材料にはＨＯＹＡ製のＭ−ＮｂＦＤ１３、屈折レンズ８ａに接合する樹脂層８ｂ、８ｂ’の材料には、ｄ線の屈折率ｎｄ１．５１１、アッベ数νｄ３９．６の硝材（５１１．３９６）を用いている。
またレンズ面の非球面形状および回折面による光路差の付加量はそれぞれ実施例１と同様に（数１）、（数２）で表される。
さらに、図７（ａ）中の記号について説明する。
ＯＢＪは物点（光源位置）を意味するが、青色光学系に対しては無限系であり、曲率半径ＲＤＹ及び厚さＴＨＩをＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）としている。
また、ＳＴＯは入射瞳面であり、その曲率半径はＩＮＦＩＮＩＴＹ、厚さＴＨＩを設計上０としている。Ｓ２は対物レンズの光源側の面、Ｓ５は対物レンズの光ディスク側の面である。詳細には、対物レンズは図５に示すように、Ｓ２〜Ｓ５の４面から構成され、光源側の面からそれぞれ、樹脂層８ｂ表面に形成される回折面（Ｓ２）、樹脂層８ｂと屈折レンズ８ａの接合面（Ｓ３）、屈折レンズ８ａと樹脂層８ｂ’の接合面（Ｓ４）、樹脂層８ｂ’表面（Ｓ５）である。対物レンズの総厚みは１．８２ｍｍであり、Ｓ５の厚さＴＨＩ：１．０７７１２ｍｍは対物レンズから青色系光ディスク表面までの光軸上の距離を表す。Ｓ６は光ディスクの光束入射面、ＩＭＧは光ディスクの記録面であり、これらの面間隔、即ち透明基板厚さは０．１ｍｍである。ＥＰＤは入射瞳径を表し、４．０８ｍｍである。なお、回折面における回折光としては２次光を用いている。
【００１７】
次に、前述の対物レンズを光源波長６６０ｎｍのＤＶＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図７（ａ）を用いて説明する。
ＤＶＤ光学系に対しては有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離は約３９ｍｍである。対物レンズからＤＶＤ系光ディスク表面までの光軸上の距離は１．０８９０３ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
また、前述の対物レンズを光源波長７８５ｎｍのＣＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図７（ａ）を用いて説明する。
ＣＤ光学系に対しては有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離は約２５ｍｍである。対物レンズからＣＤ系光ディスク表面までの光軸上の距離は０．７８０５９７ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
図７（ｂ）は実施例２の対物レンズを用いたときの青色系光ディスク、ＤＶＤ系光ディスク、ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図である。
各光ディスクに対して波面収差は０．０１λｒｍｓ以下となっており、良好な収差特性を有している。また、対物レンズから青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光ディスク表面までの光軸上の距離も十分に確保されている。
また、実施例２の対物レンズは、青色用光源における記録時と再生時の出力変化に伴う波長変動（いわゆるモードホップ）が＋１ｎｍであった場合の、中心波長（４０５ｎｍ）に対するベストフォーカス位置における波面収差は劣化量として０．００１λｒｍｓ程度、ベストフォーカス位置の変動としても０．００２５・ｍ／ｎｍと非常に小さく抑えられており、十分な色収差補正機能を有している。これにより、この対物レンズを記録／再生可能な光ディスク装置に用いても、記録／再生が切り替った時に光ディスクの記録面での光スポットがデフォーカス状態になって情報の記録が不十分になったり、再生ができなくなったりする問題は無い。
さらに、実施例２の対物レンズは、光源部分における温度変化や光源の発振波長の固体ばらつきによる青色用光源の波長変化に対しては、例えば中心波長＋５ｎｍの波長に対してベストフォーカス位置での波面収差が０．０１７λｒｍｓ程度と抑えられており、十分な収差特性を有している。これにより、波長変動に伴って発生する収差により、光ディスクの記録面における集光スポットが劣化し、情報の再生性能等が悪化する問題は無い。
以上、実施例１、実施例２では樹脂層を屈折レンズの両面に接合した構成としたが、片面であっても良い。樹脂層を屈折レンズの片面のみに接合した構成とすることで、樹脂層を両面に接合するよりも対物レンズの作製が容易になる。
【００１８】
以下、実施例３、実施例４は樹脂層を屈折レンズの片面のみに接合した構成である。
図９は実施例３の対物レンズのレンズデータと３世代軸上波面収差特性図である。
実施例３の対物レンズのレンズデータは図９（ａ）に示す通りである。
まず、光源波長４０５ｎｍの青色系光ディスクに対して使用した場合について説明する。対物レンズの概略図は図８のようになっている。
図８に示す対物レンズ８における屈折レンズ８ａの材料にはＨＯＹＡ製のＭ−ＮｂＦＤ１３、屈折レンズ８ａに接合する樹脂層８ｂの材料には、ｄ線の屈折率ｎｄ１．５１１、アッベ数νｄ３９．６の硝材（５１１．３９６）を用いている。
また、レンズ面の非球面形状および回折面による光路差の付加量はそれぞれ、実施例１同様に（数１）、（数２）で表される。
【００１９】
さらに、図９（ａ）中の記号について説明する。
ＯＢＪは物点（光源位置）を意味するが、青色光学系に対しては無限系であり、曲率半径ＲＤＹ及び厚さＴＨＩをＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）としている。
また、ＳＴＯは入射瞳面であり、その曲率半径はＩＮＦＩＮＩＴＹ、厚さＴＨＩを設計上０としている。Ｓ２は対物レンズの光源側の面、Ｓ４は対物レンズの光ディスク側の面である。詳細には、対物レンズは図８に示すように、Ｓ２〜Ｓ４の３面から構成され、光源側の面からそれぞれ、樹脂層８ｂ表面に形成される回折面（Ｓ２）、樹脂層８ｂと屈折レンズ８ａの接合面（Ｓ３）、屈折レンズ８ａ表面（Ｓ４）である。
図９（ａ）に示すように、実施例３の対物レンズ８は、実施例１、実施例２の対物レンズ８における樹脂層８ｂ’を無くし、屈折レンズ８ａ表面（Ｓ４）を非球面とした構成となっている。
対物レンズの総厚みは１．８１ｍｍであり、Ｓ４の厚さＴＨＩ：１．２２４２８ｍｍは対物レンズから青色系光ディスク表面までの光軸上の距離を表す。Ｓ５は光ディスクの光束入射面、ＩＭＧは光ディスクの記録面であり、これらの面間隔、即ち透明基板厚さは０．１ｍｍである。ＥＰＤは入射瞳径を表し、４．０８ｍｍである。なお、回折面における回折光としては２次光を用いている。
【００２０】
次に、前述の対物レンズを光源波長６６０ｎｍのＤＶＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図９（ａ）を用いて説明する。
ＤＶＤ光学系に対しても無限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離をＩＮＦＩＮＩＴＹとしている。対物レンズからＤＶＤ系光ディスク表面までの光軸上の距離は１．０３３０４ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
また、前述の対物レンズを光源波長７８５ｎｍのＣＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図９（ａ）を用いて説明する。
ＣＤ光学系に対しては有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離は約２３ｍｍである。対物レンズからＣＤ系光ディスク表面までの光軸上の距離は０．９４８９１６ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
図９（ｂ）は実施例３の対物レンズを用いたときの青色系光ディスク、ＤＶＤ系光ディスク、ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図である。
各光ディスクに対して波面収差は０．０１λｒｍｓ以下となっており、良好な収差特性を有している。また、対物レンズから青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光ディスク表面までの光軸上の距離も十分に確保されている。
【００２１】
図１０は実施例４の対物レンズのレンズデータと３世代軸上波面収差特性図である。
実施例４の対物レンズのレンズデータは図１０（ａ）に示す通りである。
まず、光源波長４０５ｎｍの青色系光ディスクに対して使用した場合について説明する。対物レンズの概略図は実施例３同様、図８のようになっている。
図８に示す対物レンズ８における屈折レンズ８ａの材料にはＨＯＹＡ製のＭ−ＮｂＦＤ１３、屈折レンズ８ａに接合する樹脂層８ｂの材料には、ｄ線の屈折率ｎｄ１．５１１、アッベ数νｄ３９．６の硝材（５１１．３９６）を用いている。また、レンズ面の非球面形状および回折面による光路差の付加量はそれぞれ、実施例１同様に（数１）、（数２）で表される。
さらに、図１０（ａ）中の記号について説明する。
ＯＢＪは物点（光源位置）を意味するが、青色光学系に対しては無限系であり、曲率半径ＲＤＹ及び厚さＴＨＩをＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）としている。
また、ＳＴＯは入射瞳面であり、その曲率半径はＩＮＦＩＮＩＴＹ、厚さＴＨＩを設計上０としている。Ｓ２は対物レンズの光源側の面、Ｓ４は対物レンズの光ディスク側の面である。詳細には、対物レンズは図１０に示すように、Ｓ２〜Ｓ４の３面から構成され、光源側の面からそれぞれ、樹脂層８ｂ表面に形成される回折面（Ｓ２）、樹脂層８ｂと屈折レンズ８ａの接合面（Ｓ３）、屈折レンズ８ａ表面（Ｓ４）である。
図１０（ａ）に示すように、実施例４の対物レンズ８は、実施例１、実施例２の対物レンズ８における樹脂層８ｂ’を無くし、屈折レンズ８ａ表面（Ｓ４）を非球面とした構成となっている。対物レンズの総厚みは１．８１ｍｍであり、Ｓ４の厚さＴＨＩ：１．１４７３６ｍｍは対物レンズから青色系光ディスク表面までの光軸上の距離を表す。
Ｓ５は光ディスクの光束入射面、ＩＭＧは光ディスクの記録面であり、これらの面間隔、即ち透明基板厚さは０．１ｍｍである。ＥＰＤは入射瞳径を表し、４．１２ｍｍである。なお、回折面における回折光としては２次光を用いている。
【００２２】
次に、前述の対物レンズを光源波長６６０ｎｍのＤＶＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図１０（ａ）を用いて説明する。
ＤＶＤ光学系に対しては有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離は約３８ｍｍである。対物レンズからＤＶＤ系光ディスク表面までの光軸上の距離は１．１６４０８ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
また、前述の対物レンズを光源波長７８５ｎｍのＣＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図１０（ａ）を用いて説明する。
ＣＤ光学系に対しては有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離は約２５ｍｍである。対物レンズからＣＤ系光ディスク表面までの光軸上の距離は０．８５４３８４ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
図１０（ｂ）は実施例４の対物レンズを用いたときの青色系光ディスク、ＤＶＤ系光ディスク、ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図である。
各光ディスクに対して波面収差は０．０１λｒｍｓ以下となっており、良好な収差特性を有している。また、対物レンズから青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光ディスク表面までの光軸上の距離も十分に確保されている。
また、実施例４の対物レンズは、青色用光源における記録時と再生時の出力変化に伴う波長変動（いわゆるモードホップ）が＋１ｎｍであった場合の、中心波長（４０５ｎｍ）に対するベストフォーカス位置における波面収差は劣化量として０．００１λｒｍｓ程度、ベストフォーカス位置の変動としても−０．０００５・ｍ／ｎｍと非常に小さく抑えられており、十分な色収差補正機能を有している。
これにより、この対物レンズを記録／再生可能な光ディスク装置に用いても、記録／再生が切り替った時に光ディスクの記録面での光スポットがデフォーカス状態になって情報の記録が不十分になったり、再生ができなくなる問題は無い。
【００２３】
さらに、実施例４の対物レンズは、光源部分における温度変化や光源の発振波長の固体ばらつきによる青色用光源の波長変化に対しては、例えば中心波長＋５ｎｍの波長に対してベストフォーカス位置での波面収差が０．０２６λｒｍｓ程度と抑えられており、十分な収差特性を有している。これにより、波長変動に伴って発生する収差により、光ディスクの記録面における集光スポットが劣化し、情報の再生性能等が悪化する問題は無い。
以上に述べたように、屈折レンズの少なくとも片面に樹脂層を接合し、その表面に回折面を設けることで、複数世代に対して良好に収差補正された対物レンズを実現でき、さらに、規格の異なる複数の光ディスク（情報記録媒体）の記録面に対して良好な集光スポットを形成できる小型の光ピックアップ装置を実現できる。
また、これまでは透明基板厚みと像側開口数が異なる青色／ＤＶＤ／ＣＤに対して実施例を説明したが、ＣＤ光学系を除いても本発明の効果は損なわれることはなく、むしろ対物レンズに要求される機能が減るので、青色／ＤＶＤ光学系に対してはより高い性能が発揮できるようになる。
【００２４】
図１１は本発明の実施形態における光情報処理装置である光ディスク装置の概略構成を示すブロック図である。
この図に示す光ディスク装置は、上記した光ピックアップ装置５０を用いて、情報の記録、再生、消去の少なくともいずれか１以上を行う装置である。
図１１に示すように、光ピックアップ装置５０からの信号検出用の光検出器の出力を処理する処理手段である信号処理回路５１で受けて、情報信号、サーボ信号を生成し、サーボ信号は、フォーカスコントローラ５２、トラックコントローラ５３、アクチュエータドライバ５４にフィードバックされて対物レンズのフォーカシング制御及びトラッキング制御が行われる。同様に、対物レンズをチルト制御する場合には、チルト信号が対物レンズチルトコントローラ５５、対物レンズチルトドライバ５６にフィードバックされて対物レンズのチルト制御が行われる。また、光源の出力についてもレーザーコントローラ５７、レーザードライバ５８にフィードバックされた信号により出力制御が行われる。
光ディスク９はスピンドルコントローラ５９、スピンドルドライバ６０にフィードバックされた信号によりスピンドルモータ６１を用いて回転制御される。
図１１に示す光ディスク装置に前述の光ピックアップ装置、対物レンズを適宜用いることができ、その光ピックアップ装置からの信号により情報の記録、再生及び消去の少なくともいずれか１つを行う光ディスク装置によれば、規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す概略図。
【図２】開口制限手段を説明する図。
【図３】対物レンズの概略構成を示す図。
【図４】スカラー回折理論による解析効率計算結果を示した図。
【図５】対物レンズの概略構成と光ディスクの関係を示した図。
【図６】実施例１の対物レンズのレンズデータと３世代軸上波面収差特性図。
【図７】実施例２の対物レンズのレンズデータと３世代軸上波面収差特性図。
【図８】対物レンズの概略構成と光ディスクの関係を示した図。
【図９】実施例３の対物レンズのレンズデータと３世代軸上波面収差特性図。
【図１０】実施例４の対物レンズのレンズデータと３世代軸上波面収差特性図。
【図１１】本実施形態における光情報処理装置である光ディスク装置の概略構成を示すブロック図。
【図１２】従来の光ピックアップ装置の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００２６】
１、２１ａ、３１ａ  半導体レーザ、２  カップリングレンズ、３  偏光ビームスプリッタ、４  偏向プリズム、５  １／４波長板、６  開口部、７  開口制限手段、８  対物レンズ、９ａ、９ｂ、９ｃ  光ディスク、１０  検出レンズ、１１  光束分割手段、１２、１３ａ、１３ｂ  波長選択性膜、２１ｃ、３１ｃ  光検出器、２１  ホログラムユニット、２１ｂ、３１ｂ  ホログラム、２２  カップリングレンズ、２３、３３  ダイクロイックプリズム、５０  光ピックアップ装置、５１  信号処理回路、５２  フォーカスコントローラ、５３  トラックコントローラ、５４  アクチュエータドライバ、５５  対物レンズチルトコントローラ、５６  対物レンズチルトドライバ、５７  レーザーコントローラ、５８  レーザードライバ、５９  スピンドルコントローラ、６０  スピンドルドライバ、６１  スピンドルモータ
【図１】
2006244656.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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